CN116238694A - 一种透波防除冰功能复合结构 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种透波防除冰功能复合结构，属于航空技术领域，透波防除冰功能复合结构的承载层铺贴在模具之上，石墨烯改性石英纤维加热组件铺贴在承载层之上，石墨烯改性石英纤维加热组件表面铺贴有保护层。石墨烯改性石英纤维加热组件由多孔石墨烯加热织物和电极构成，采用多孔石墨烯加热织物制备的加热单元并集成在高透波蒙皮之上，既能够实现天线工作频段的高透波，同时能实现通电加热防除冰功能。相关验证结果表明，采用本发明的透波防除冰功能复合结构，能够满足高频天线频段内(X波段及以上)，同时通电加热后能实现防除冰功能。应用于无人机前缘集成天线区域的防除冰设计，兼容透波需求和防除冰需求，同时具备较好的可行性和工艺性。
Description
技术领域
本申请属于航空技术领域，尤其涉及一种透波防除冰功能复合结构。
背景技术
飞机前缘结冰会对飞机的安全造成很大威胁，因此，飞机前缘结构的防除冰是设计过程中必须考虑的问题。而前缘结构通常会布置各类的天线功能结构，比如雷达天线等，当其表面结冰时，会形成电磁屏蔽效应，而无人机由于飞行速度慢，没有气动加热，因此结冰后无法去除，从而造成该任务系统在结冰后无法正常工作。天线罩结构从原理上需要保证高透波率，天线信号透过天线罩，从而使天线的增益最大。
而目前复合材料上常用的是电加热防除冰方式，传统的电加热材料，如电阻丝/片、高分子电阻聚合物、碳纳米纸/粉等，会形成电屏蔽效应，电磁波会直接反射，这与天线罩结构要求高透波率的原理相冲突，因此无法兼顾透波和防除冰功能。
发明内容
为了解决相关技术中飞行器前缘结构防除冰功能和透波功能兼容设计的难题，本发明提供一种透波防除冰功能复合结构，所述技术方案如下：
一种透波防除冰功能复合结构，包括：保护层、石墨烯改性石英纤维加热组件和承载层，
承载层铺贴在模具之上，石墨烯改性石英纤维加热组件铺贴在承载层之上，石墨烯改性石英纤维加热组件表面铺贴有保护层。
其中，石墨烯改性石英纤维加热组件由多孔石墨烯加热织物和电极构成，电极布置于多孔石墨烯加热织物两侧。
其中，通过喷涂技术将电极喷涂在多孔石墨烯加热织物之上，使电极布置于多孔石墨烯加热织物两侧。
其中，多孔石墨烯加热织物采用低介电常数材质的石英纤维为基底，然后采用化学气相沉积法将石墨烯生长于石英纤维表面，之后在织物上以均布阵列形式开孔。
其中，石墨烯加热织物的方阻根据飞机的具体位置的防除冰功率需求及供电电压确定；开孔尺寸根据天线工作频段设计，为1/10波长以上。
其中，电极为导电银浆材质，电极在非加热区延伸至结构边缘处。
其中，保护层为石英纤维材质，保护层超过石墨烯改性石英纤维加热组件的区域并延伸出一段过渡区。
其中，承载层为石英纤维材质。
本发明一种透波防除冰功能复合结构，采用多孔石墨烯加热织物制备的加热单元并集成在高透波蒙皮之上，既能够实现天线工作频段的高透波，同时能实现通电加热防除冰功能。相关验证结果表明，采用本发明的透波防除冰功能复合结构，能够满足高频天线频段内(X波段及以上)，同时通电加热后能实现防除冰功能。本发明能应用于无人机前缘集成天线区域的防除冰设计，兼容透波需求和防除冰需求，同时具备较好的可行性和工艺性。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种透波防除冰功能复合结构的示意图；
图2是本发明实施例提供的一种透波防除冰功能复合结构多孔石墨烯加热织物的示意图；
图3是本发明实施例提供的一种透波防除冰功能复合结构的剖面示意图。
其中，1-保护层、2-石墨烯改性石英纤维加热组件、3-承载层、4-多孔石墨烯加热织物、5-电极。
具体实施方式
下面通过具体的实施方式和附图对本申请作进一步详细说明。
本发明针对飞行器前缘结构防除冰功能和透波功能难以兼容设计的需求，提出一种基于多孔低介电石英纤维石墨烯加热功能复合结构，能够实现天线工作频段内的高透波，并实现通电加热防除冰功能。解决了飞行器前缘结构防除冰功能和透波功能兼容设计的难题。
本发明提供的一种透波防除冰功能复合结构，既能实现表面通电加热防除冰，也能满足天线罩透波需求，请参见图1和图3，该结构包括：保护层1、石墨烯改性石英纤维加热组件2和承载层3。
其中，保护层1为石英纤维材质，具备透波系数高、导热系数高的特性。尺寸上，保护层1应超过石墨烯改性石英纤维加热组件2的区域并延伸出一段过渡区，从而避免多界面在边缘处出现分层。
请参见图2，石墨烯改性石英纤维加热组件2，由多孔石墨烯加热织物4和电极5构成，电极5布置于多孔石墨烯加热织物4两侧，对其通电加热，以实现功能结构的防除冰功能。
多孔石墨烯加热织物4，采用低介电常数材质的石英纤维为基底，然后采用化学气相沉积法将石墨烯生长于石英纤维表面，使其具备电阻特性，然后在其织物上以均布阵列形式开孔。
其中，石墨烯加热织物具体方阻可根据飞机的具体位置的防除冰功率需求及供电电压确定。加热织物的开孔尺寸可根据天线工作频段设计，为1/10波长以上，能够满足高频天线频段内(X波段及以上)的高透波要求。开孔之间的间距通常为两倍孔径。
电极5为导电银浆材质，具备高导电特性，电极5与多孔石墨烯加热织物4共同成型于承载层3之上。同时，作为电通路，电极应在非加热区延伸至结构边缘处，方便接出电线并连接飞机电网。
承载层3为石英纤维材质，具备高透波率和优异的力学性能，既能够满足结构承载的需求，又能实现宽频域的高透波，其材质可以与保护层1相同。
本发明实施例还提供一种透波防除冰功能复合结构的制造方法，请参见图1和图3，该方法包括：
步骤1、通过喷涂技术将电极5喷涂在多孔石墨烯加热织物4之上，使电5极5布置于多孔石墨烯加热织物4两侧，然后焊接上电线，得到石墨烯改性石
英纤维加热组件2。
对石墨烯改性石英纤维加热组件2通电加热，可实现防除冰功能。
步骤2、将承载层3铺贴至模具之上预固化。
步骤3、将石墨烯改性石英纤维加热组件2铺贴在承载层3之上。
步骤4、在石墨烯改性石英纤维加热组件2表面铺贴保护层1。
步骤5、通过共固化工艺成型为透波防除冰功能复合结构。
采用本发明的透波防除冰功能复合结构，能够实现天线工作频段的透波，并实现通电加热防除冰功能。解决了无人机前缘结构防除冰功能和透波功能兼容设计的难题。
以上仅表达了本申请的实施方式，其描述较为具体和详细，但且不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。另外，本发明未详尽部分均为常规技术。
Claims (8)
1.一种透波防除冰功能复合结构，其特征在于，包括：保护层、石墨烯改性石英纤维加热组件和承载层，
承载层铺贴在模具之上，石墨烯改性石英纤维加热组件铺贴在承载层之上，石墨烯改性石英纤维加热组件表面铺贴有保护层。
2.根据权利要求1所述的透波防除冰功能复合结构，其特征在于，
石墨烯改性石英纤维加热组件由多孔石墨烯加热织物和电极构成，电极布置于多孔石墨烯加热织物两侧。
3.根据权利要求2所述的透波防除冰功能复合结构，其特征在于，
通过喷涂技术将电极喷涂在多孔石墨烯加热织物之上，使电极布置于多孔石墨烯加热织物两侧。
4.根据权利要求1所述的透波防除冰功能复合结构，其特征在于，
多孔石墨烯加热织物采用低介电常数材质的石英纤维为基底，然后采用化学气相沉积法将石墨烯生长于石英纤维表面，之后在织物上以均布阵列形式开孔。
5.根据权利要求3所述的透波防除冰功能复合结构，其特征在于，
石墨烯加热织物的方阻根据飞机的具体位置的防除冰功率需求及供电电压确定；开孔尺寸根据天线工作频段设计，为1/10波长以上。
6.根据权利要求1所述的透波防除冰功能复合结构，其特征在于，
电极为导电银浆材质，电极在非加热区延伸至结构边缘处。
7.根据权利要求1所述的透波防除冰功能复合结构，其特征在于，
保护层为石英纤维材质，保护层超过石墨烯改性石英纤维加热组件的区域并延伸出一段过渡区。
8.根据权利要求1所述的透波防除冰功能复合结构，其特征在于，
承载层为石英纤维材质。
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